PythonでDES暗号化・復号化を実装する方法の紹介（コード）

この記事では、Python で DES 暗号化と復号化を実装する方法 (コード) を紹介します。一定の参考価値があります。必要な友人は参考にしてください。お役に立てれば幸いです。

DES (データ暗号化標準) は、64 ビットのブロック長と 56 ビットのキー長を使用します。 64 ビットの入力を受け取り、一連の変換を経て 64 ビットの出力を取得します。復号化では同じ手順と同じキーが使用されますが、唯一の違いは、キーの順序が暗号化プロセスとは逆になることです。

DES 暗号化:

このアルゴリズムの入力には、暗号化される平文と暗号化に使用されるキーが含まれており、どちらも長さは 64 ビットです。鍵の 8、16、24、32、40、48、56、64 ビットはパリティ ビットです。

1. 平文の処理

平文をプログラムに読み込み、バイナリ文字列に変換します

def inputText(filename):
    with open(filename,'r')as f:
        text = f.read()
    text = text.split('\n')
    text = [eval(x) for x in text]
    text = ['{:08b}'.format(x) for x in text]
    text = ''.join(text)
    
    return text

平文に対してIP置換を行い、分割します。 2 つの部分文字列、左側と右側の部分文字列

def IP_Transposition(plaintext):
    LR = []
    for i in IP:
        LR.append(int(plaintext[i-1]))
    L = LR[:32]
    R = LR[32:]
    return L,R

2. キーの処理

キーをプログラムに読み込み、バイナリ文字列の形式で保存します

PC を実行しますキーを -1 置換して 2 つのサブ文字列に分割します

#密钥置换
def Key_Transposition(key):
    CD = []
    for i in PC_1:
        CD.append(int(key[i-1]))
    C = CD[:28]
    D = CD[28:]
    return C,D

反復に必要なキーを生成する前に、キーを置換して圧縮する必要があります

#密钥压缩
def Key_Compress(C,D):
    key = C+D
    new_key = []
    for i in PC_2:
        new_key.append(key[i-1])
    return new_key

各反復に必要なサブキーを生成しますDES を使用して、直接暗号化および復号化できるようにします。

def generateKset(key):
    key = inputKey(key)
    C,D = Key_Transposition(key)
    K = []
    for i in LeftRotate:
        C = Key_LeftRotate(C,i)
        C = Key_LeftRotate(D,i)
        K.append(Key_Compress(C,D))
    return K

3, F 関数

# 変換の各ラウンドで、プロセス全体は次の式で表すことができます。

$$ L_i = R_{i-1} $$

$$ R_i = L_{i-1}\bigoplus F(R_{i-1},K_i) $$

ラウンド キー Ki は 48 ビット長、R は 32 ビット長です。まず、R が置き換えられ、48 ビットに拡張されます。これらの 48 ビットは Ki と XOR 演算されます。結果は、置換を使用して生成されます。 32 ビットを生成する関数。 32 ビット出力は、P 置換後に L と XOR 演算され、8 つの S ボックスで構成される新しい R

置換関数が得られます。各 S ボックスには 6 ビット入力と 4 ビット出力があります。各 S ボックスについて、入力の最初と最後のビットは 2 ビットの 2 進数を形成し、これは S ボックス内の 4 行の代替値の 1 つを選択するために使用され、中央の 4 ビットは選択に使用されます。 16 列のうちの 1 つ。

#明文R扩展为48位
def R_expand(R):
    new_R = []
    for i in E:
        new_R.append(R[i-1])
    return new_R

#将两列表元素异或
def xor(input1,input2):
    xor_result = []
    for i in range(0,len(input1)):
        xor_result.append(int(input1[i])^int(input2[i]))
    return xor_result

#将异或的结果进行S盒代替
def S_Substitution(xor_result):
    s_result = []
    for i in range(0,8):
        tmp = xor_result[i*6:i*6+5]
        row = tmp[0]*2+tmp[-1]
        col = tmp[1]*8+tmp[2]*4+tmp[3]*2+tmp[4]
        s_result.append('{:04b}'.format(S[i][row][col]))
    s_result = ''.join(s_result)
    return s_result
#F函数
def F(R,K):
    new_R = R_expand(R)
    R_Kxor= xor(new_R,K)
    s_result = S_Substitution(R_Kxor)
    p_result = P_Transposition(s_result)
    return p_result

#将S盒代替的结果进行P置换
def P_Transposition(s_result):
    p_result = []
    for i in P:
        p_result.append(int(s_result[i-1]))
    return p_result

4. 暗号化プロセス

DES 暗号化には 16 ラウンドの反復が必要です。最初の 15 ラウンドの各反復の終わりに L と R を交換する必要があります。16 回目は交換されません。

def DES_encrypt(filename,key,outputFile):
    #从文件中读取明文
    plaintext = inputText(filename)
    #将明文进行置换分离
    L,R = IP_Transposition(plaintext)
    #生成Kset
    K = generateKset(key)
    for i in range(0,15):
        oldR = R
        #F函数
        p_result = F(R,K[i])
        R = xor(L,p_result)
        L = oldR
    p_result = F(R,K[15])
    L = xor(L,p_result)
    #IP逆置换
    reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
    #生成16进制表示的密文
    Cipher = generateHex(reversedP)
    #将密文写入outputFile文件
    writeFile(outputFile,Cipher)
    return Cipher

DES 復号化:

def DES_decrypt(filename,key,outputFile):
    #文件中读取密文
    Ciphertext = inputText(filename)
    #将密文进行置换分离
    L,R = IP_Transposition(Ciphertext)
    #生成Kset
    K = generateKset(key)
    for i in range(15,0,-1):
        oldR = R
        #F函数
        p_result = F(R,K[i])
        R = xor(L,p_result)
        L = oldR
    
    p_result = F(R,K[0])
    L = xor(L,p_result)
    reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
    plaintext = generateHex(reversedP)
    writeFile(outputFile,plaintext)
    return plaintext

ソース コード アドレス https://github.com/SuQinghang...

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